[发明专利]一种三维集成封装内微焊点层的等效力学参数确定方法及系统

说明书

本发明公开了一种三维集成封装内微焊点层的等效力学参数确定方法及系统，属于微焊点层的等效力学分析领域，本发明是围绕三维集成封装中微焊点层，利用微分思想将其进行切分，结合复合材料力学方法，得出微焊点层均匀化模型等效参数的理论计算方法，具有更高的准确性与稳定性。基于该等效计算方法，仅需要代入焊点和填充胶的基本材料参数与微焊点的直径和高度便可求解出微焊点层在Z向和XY向的等效弹性模量、剪切模量、泊松比及热膨胀系数，该理论计算方法简洁高效，极大地降低了微系统的复杂度，大大地提高了仿真的效率。同时该方法基于微焊点的截冠球实际形貌，也大大提高了微系统等效建模准确性。

技术领域

本发明属于微焊点层的等效力学分析领域，涉及一种三维集成封装内微焊点层的等效力学参数确定方法及系统。

背景技术

随着微电子产品不断地向集成化、高密度化方向发展，微系统三维集成封装结构内的微焊点数量越来越多、尺寸越来越小，尺寸量纲已达到微米级别，造成了封装内各结构的尺寸跨度较大，使得微焊点的力学参数呈现明显的尺寸效应，导致微系统的有限元建模和网格划分愈发困难，造成仿真效率较低的问题。因此对微系统三维集成封装结构进行等效建模可大大提高计算效率，具有极大工程应用价值。

根据三维封装结构SEM图像可知，大多微焊点形状可看作为截冠球形貌。为便于研究分析，目前各国学者一般对截冠球形貌的微焊点采用等体积法将其等效为方形柱或圆柱状，之后基于均匀化理论完成等效力学参数的理论计算。但是，上述等效处理的微焊点脱离了截冠球实际形貌，使得仿真结果与实际情况存在一定偏差。此外，也有研究直接使用有限元仿真的方法来计算微焊点层均匀化模型的等效参数，但该方法一方面由于仿真对象网格划分不一致、加载不一致、仿真环境不一致等因素，不同的仿真结果可能计算得到不同的等效参数；另一方面，采用有限元仿真计算方法的计算时间较长、效率低下。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中等效体积法建模时等效材料参数计算值与实际情况相差较大的问题，以及基于有限元仿真计算方法的计算效率低下、计算结果一致性不好的问题，提供一种三维集成封装内微焊点层的等效力学参数确定方法及系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提出的一种三维集成封装内微焊点层的等效力学参数确定方法，包括如下步骤：

基于规则阵列排布微焊点的微系统，选取微焊点层中的基本单元作为理论计算的胞体模型；

对胞体模型进行横向切分，获取若干个微小层结构，选取其中一个微小层结构作为理论分析计算对象，获取微小层结构的等效弹性模量；

根据微小层结构的等效弹性模量获取微小层结构的等效泊松比，根据微小层结构的等效泊松比获取微小层结构的等效剪切模量，实现微焊点层等效力学参数的确定。

优选地，所述胞体模型包括微焊点和填充胶，所述微焊点位于所述填充胶的中心；

所述微焊点为截冠球形结构。

优选地，所述微小层结构为规则的圆柱体结构。

优选地，微小层结构的等效弹性模量包括微小层结构Z向等效弹性模量E_z和微小层结构X向等效弹性模量E_x，表达式如下：

其中，V_f为微焊点体积含量，V_m为填充胶体积含量，v_f为微焊点的泊松比，v_m为填充胶的泊松比，K为体积改变模量，v_zx为纵向泊松比，v_xy为横向泊松比，E_f为微焊点的弹性模量，E_m为填充胶的弹性模量，ξ为影响因子。

优选地，影响因子ξ的表达式如下：